PVC与高碱燃料共水热过程中氯及碱金属的迁移特性

发布时间：2020-09-23 09:26

　　聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)的大量使用使固体废弃物中氯含量增高,增加了废物处理难度,导致环境污染,且影响人的身体健康;高碱燃料如生物质、准东高碱煤等热利用过程中面临炉膛结渣、腐蚀的问题。本研究针对含氯塑料废弃物和高碱燃料热利用中的氯污染和碱金属腐蚀问题,提出PVC与高碱燃料共水热协同脱氯脱碱工艺,以提高原材料的能量密度,实现清洁燃料的生产。本文选取两种典型的高碱燃料木屑和准东煤为原料,借助电位滴定、电感耦合等离子体光谱分析(ICP-OES)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)和氮气物理吸脱附等手段研究PVC与高碱燃料共水热过程中氯和碱及碱土金属元素的迁移特性,探究共水热对水热炭燃料性能的影响。结果表明:(1)研究PVC与松木屑共水热中水热温度、保温时间和松木屑粒径对脱氯和碱土金属的影响,表明水热温度的升高或保温时间的延长都可以提高脱氯反应效率,但水热温度是影响脱氯效率的关键因素,研究范围内三者对脱氯的重要性为:水热温度保温时间松木屑粒径;在PVC与松木屑共水热过程中,PVC中氯的脱除增强了水热反应环境的酸性,显著提高了无机物的去除效率(Removal efficiency,RE),温度升高有利于钾(K)和钠(Na)的去除。松木屑水热炭碱土金属的脱除率RE遵循以下顺序:KFe≈Al≈CaNaMg,而共水热炭的无机物的脱除率RE遵循以下顺序:Al≈Ca≈MgFe≈KNa。(2)在PVC与高碱煤共水热过程中,煤在225℃时会阻碍PVC在共水热过程中氯的脱除。脱氯效率(Dechlorination efficiency,DE)从“PVC”空白试验的78.75%降至共水热炭“225-R0.04”的32.35%,降幅为58.92%;脱氯主要受水热温度影响,同PVC与煤的质量比(Mass ratio of PVC/Coal,Rp/c,g/g)无关;含当量氯的“HCl”组的脱钠效率均高于“Rp/c=0.20”组的脱钠效率,表明PVC的脱氯途径不仅包括取代反应,而且还有消去反应,结合傅里叶红外光谱图中“C=C”的变化规律,可知在225℃氯的脱除以消去反应为主;升高水热温度和增加Rp/c对改善PVC与高碱煤共水热过程中的脱钠效率具有显著的影响;温度和Rp/c对水热炭的形态有显著影响,随着温度和Rp/c的增加,水热炭表面的裂缝变得越来越明显,PVC水解的衍生HCl使煤生成了平行板孔隙,具有优异的开放性,可以促进煤的外表面和内部的破碎,有利于蒸汽携带钠离子的流动;高碱煤水热炭的灰分与脱钠效率呈负相关性,当脱钠效率增加时,灰分会相应减少。(3)研究水热炭燃料特性,表明松木屑和高碱煤可以通过与PVC共水热实现燃料品质的提质,生物质水热炭的高位发热量(HHV)约为24-30 MJ/kg(接近烟煤),能量产率约为74-81%。提高Rp/c有利于提高高碱煤水热炭的热值,由于高碱煤与松木屑成分的差异,松木屑类水热炭的着火温度普遍低于高碱煤水热炭的着火温度,但燃烧特性指数均高于高碱煤的燃烧特性指数。以上结果表明,氯和无机物可以通过协同效应有效地在PVC与高碱性燃料的共水热过程中去除,因而PVC与高碱性燃料的共水热生产清洁燃料是可行的。本文研究为废物资源化和高碱燃料利用的发展提供了新的观点。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ325.3;X705
【部分图文】：

塑料市场,欧洲,生产分布,全球

图 1-1 欧洲塑料市场需求[1]Figure 1-1 The market demand for plastic in Europe[1]图 1-2 全球 PVC 生产分布（61 million tons）[2]Figure 1-2 The global productivity of PVC (61 million tons)[2]

PVC生产,全球,生产分布,范围

图 1-2 全球 PVC 生产分布（61 million tons）[2]Figure 1-2 The global productivity of PVC (61 million tons)[2]图 1-3 PVC 的应用范围（38.5 million tons）[2]Figure 1-3 The application of PVC (38.5 million tons)[2]

塑料市场,生产分布,范围,欧洲

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